EP0404891A1 - Verfahren zur herstellung elektrisch leitfähiger strukturen. - Google Patents

Verfahren zur herstellung elektrisch leitfähiger strukturen.

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EP0404891A1
EP0404891A1 EP89913059A EP89913059A EP0404891A1 EP 0404891 A1 EP0404891 A1 EP 0404891A1 EP 89913059 A EP89913059 A EP 89913059A EP 89913059 A EP89913059 A EP 89913059A EP 0404891 A1 EP0404891 A1 EP 0404891A1
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EP
European Patent Office
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connection
areas
electrically conductive
structures
printed
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EP89913059A
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English (en)
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Henning Giesecke
Horst Dieter Wilde
Armin Bonack
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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Publication of EP0404891B1 publication Critical patent/EP0404891B1/de
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    • H05K3/40—Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4092—Integral conductive tabs, i.e. conductive parts partly detached from the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/18—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material
    • H05K3/181—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating

Definitions

  • the present invention relates to electrically conductive structures, e.g. printed electrical circuits.
  • electrically conductive structures are formed from a metal foil applied to a carrier by etching away parts of the metal foil.
  • a printed circuit board manufactured in this way has the advantage of a low line resistance because of the conductor tracks consisting of pure metal.
  • the disadvantage is the large manufacturing effort.
  • Printed electrical circuits can be produced using a different process, which is also suitable for multilayer electrical circuits (multilayer), with significantly less manufacturing effort and higher precision. In this method, the electrically conductive structures are printed by printing a conductive
  • Paste for example a silver paste, in particular screen printed on an insulating carrier.
  • the disadvantage with such printed circuits is that Because of the binder contained in the paste and the size of the silver particles, the conductivity of the paste is not particularly good. It is therefore customary to print relatively thick conductor tracks (8 to 12 ⁇ m). In addition, if a silver paste is used, the silver migrates between adjacent conductor tracks of different potentials when exposed to moisture and leads to leakage currents and even short circuits. It is therefore necessary to protect the conductor tracks with special protective films. Another disadvantage is that no components can be soldered onto the conductor tracks (DE 34 13 408).
  • a method for producing electrically conductive structures in which a substance consisting of organometallic activators, organic solvents, fillers and binders is used known from DE 32 41 579. Methods for producing printed circuits are also described in DE 26 35 457 and DE 27 37 582. From DE 34 13 408, DE
  • an electrically conductive structure which consists of a carrier with, in particular, an insulating surface and a metal layer electrolessly deposited on the surface with a printed substance containing an activator, the substance being organometallic activators , Fillers, organic solvents and binders ent holds.
  • Such structures adhere firmly to the surface of the substrate, so that the conductor track cannot be inadvertently detached.
  • a disadvantage of these electrically conductive structures is that the conductor ends cannot be detached for the purpose of producing free-standing metallic connection areas. So far, it was therefore necessary to design the connection and plug area using a complicated method, after either the connections (pins) are mechanically fastened (insulation displacement technology) or punched.
  • the present invention therefore relates to electrically conductive structures consisting essentially of a support with an insulating surface and a metal layer electrolessly deposited on a surface by means of an applied formulation from a metallization bath, the formulation thereby containing organometallic activators, organic solvents, fillers and binders characterized in that the structures have integrated free-standing metallic connection areas.
  • Catalytically active formulations suitable for electroless metallization are mentioned, for example, in DE 37 43 780, DE 36 27 256 and DE 36 25 587.
  • Particularly suitable binders and solvents are those according to DE 37 33 002.
  • Polyurethane elastomers in combination with halogen-free solvents are preferred.
  • the substances are generally produced by mixing the constituents.
  • wet reduction units customary in coating and printing technology such as kneaders, attractors, roller mills, dissolvers, rotor-stator mills; Ball mills and agitator mills are particularly suitable.
  • formulation components can also be carried out in separate steps. For example, you can first dissolve or disperse the activator in the binders and solvents and only then work in the fillers. «A previous method of introducing the fillers into the solvents under high shear forces is also a possible process variant.
  • the formulations are generally applied by processes known from coating or printing technology, e.g. by spraying, spreading, rolling up, dipping, coating, printing (e.g. on offset printing, screen printing, tampon printing) or using the ink jet process.
  • Glass, quartz, ceramic, enamel, paper, polyethylene, polypropylene, epoxy resins, polyesters, polycarbonates, polyamides, polyimides, polyhydantoins, ABS plastics, silicones, polyvinyl halides, polyvinylidene fluoride are suitable as substrates for the process according to the invention
  • Suitable activators are, in particular, those listed in EP 34 485, EP 81 438 or EP 131 195.
  • the solvents are removed. Generally this is done by drying.
  • the surfaces activated with the formulations are electrolessly metallized in a further process step. Baths with nickel, cobalt, iron, copper, silver, gold and palladium salts or mixtures thereof are particularly suitable for this purpose. Such metallization baths are known in the technology of electroless metallization.
  • Another object of the invention is a method for producing single or multi-layer electrically conductive structures with integrated free-standing connection and plug areas by applying a formulation containing organometallic activators to the support surface and subsequent wet chemical electroless metallization, characterized in that both the conductor tracks and also the connection and
  • Plug areas are metallized in one operation and the metal layer is deposited in these areas with such a low adhesive strength that it can easily be detached from the substrate surface without damaging it.
  • the adhesive strength can be determined, for example, by measuring methods according to DIN 40633, 53151 and 53494 (VIC).
  • the metal layers deposited by this method have adhesive strengths of less than 15 N / inch, preferably 1-10 N / inch, in the connection area.
  • the adhesive strength of the metal layers in the area of the conductor pattern should be at least 20 N / inch, preferably at least 25 N / inch.
  • One variant consists in changing the type and content of the binders and fillers in the usual printing pastes. Such measures are generally known from printing technology.
  • an adhesion-reducing variation of the fillers can also consist, for example, of additions of graphite or talc.
  • the adhesive strength is reduced, for example, by reducing the acrylonitrile or by introducing longer aliphatic side chains into the acrylic ester component.
  • adhesion-reducing additives such as, for example, nonionic surfactants, alkyl sulfonates, soaps, paraffins, and silicones, is also often advantageous.
  • a second possibility is to use only well-adhering formulations and to reduce their adhesive strength by chemical or physical pretreatment of the substrate in the connection areas.
  • chemical pretreatments are coatings with release agents, paints, etching and vapor deposition. Sandblasting processes and coronary discharges have proven themselves as physical pretreatment processes.
  • Silicones are particularly suitable as release agents.
  • a suitable etchant is e.g. Chromic sulfuric acid. Evaporation can be carried out, for example, with siloxanes.
  • the plug and connection areas can be produced on another substrate which is connected to the carrier substrate, for example by welding, gluing or by means of coatings.
  • the other substrate can be selected so that the adhesive strength of the electrically conductive structures formed thereon during the metallization is reduced.
  • materials which are subsequently easy to remove for example by dissolving in etching or solvents. This variant of the method has the advantage that the carrier substrate no longer has to be removed after the detached structures have been detached.
  • Metal layers can be deposited on the formulations containing organometallic activators, for example, in the following ways.
  • the substances are only applied to the areas that are later to be electrically conductive.
  • the gaps remain free.
  • additively preferably 0.5 - 5 ⁇ m thick metal layers are deposited, which can then optionally be galvanically reinforced, of course after applying a suitable contact.
  • the metal structures in the connection areas are then detached as described and, if appropriate, the substrate in the connector and connection area is removed.
  • the entire metal layer can also be built up purely additively.
  • a second possibility for building up a metallic structure according to the invention is that the organometallic substances are applied to the surface and the structuring is carried out semi-additively.
  • this variant leads to structures with a high degree of dimensional accuracy and is therefore particularly suitable for the production of very fine conductor structures.
  • the detached structural parts are then detached as described above.
  • the metallic structures can also be protected against corrosion.
  • Such methods are well known in the electroplating and printed circuit board industry. Examples include the application of protective lacquers, nickel, gold, palladium alloys and tin. Of course, it is also possible to protect only the free-standing connection and plug areas in this way.
  • Another manufacturing process is characterized in that a formulation is applied in the connection area which detaches from the metallized structures when heated. Temperatures of 60 - 300 ° C are used to heat the substrate. 100-250 ° C., in particular 100-200 ° C., are preferred.
  • thermoplastic binders used by suitable measures.
  • this is achieved, for example, by higher proportions of aliphatic components or low (isocyanate) key figures.
  • the applications of the circuits produced by the method according to the invention are diverse, for example flexible and rigid circuits or structures, shields, keyboards, sensors, endless conductors, film connectors.
  • the electrically conductive structures according to the invention can of course according to the Production can be completely or partially protected and / or isolated by applying various substances. Such methods are generally known from electrical engineering (eg spraying, printing, spraying, dipping, coating).
  • the invention further relates to a multilayer printed electrical circuit with integrated free-standing metallic connection areas, the electrically conductive structures of which are electrically separated from one another in the individual layers by, in particular, printed, insulating intermediate layers.
  • the structures consist of a metal layer deposited electrolessly on the insulating surface of the carrier and the respective insulating intermediate layer by means of a substance containing an activator.
  • the insulating intermediate layers have cutouts for the through-contacting and that the substance is printed over the entire surface or partially on the structure of the respective lower layer.
  • an electrically conductive contact between the lower metal layer, on which the substance is printed over the entire surface or partially, and the metal layer which is electrolessly deposited on the substance is surprisingly obtained.
  • multilayer circuits can also be used in the connection and Produce free-standing metallic electrically conductive structures in the connector areas. In this case, only certain layers can also be partially exposed, while other layers are produced without free-standing metallic connection areas.
  • the structures according to the invention are used as printed circuit boards, film connectors and for the so-called "tape bonding".
  • silica Aerosil ® (380 m 2 / g
  • Polyurethane elastomers 20 parts by weight of a carbon black (Printex ® V),
  • the prints are electrolessly coppered for 1 hour in a formally contained copper bath and then galvanically amplified to 20 ⁇ m.
  • a film connector is obtained, from which the connection areas can easily be mechanically separated from the carrier film.
  • Aerosil ® (380 m 2 / g according to BET) is printed on a 75 ⁇ m polyimide film (Kapton ® ), a film connector structure without attachment areas and the print is dried at 160 ° C. for 10 minutes.
  • Aerosil ® 200 m 2 / g according to BET
  • connection areas of a film connector are sprayed onto a polyethylene terephthalate film using a template with a 0.1% strength solution of a methylpolysiloxane in white spirit and dried.
  • the entire film connector structure is then printed using a screen printing paste according to Example 1A, dried at 150 ° C. for 1 hour and copper-plated for 1 hour without current.
  • the copper-plated structure is then galvanically reinforced to 35 ⁇ m.
  • a film connector is obtained in which the connection areas can be easily mechanically detached from the carrier film.
  • a 50 ⁇ m polyimide film is coated on one side over the entire area with a formulation according to Example 2A.
  • the coated film is dried for 45 minutes at 250 ° C. and copper-plated in an electroless copper bath for 1 hour.
  • the negative image of a chip carrier with 84 connections is applied to the copper surface by means of a galvanoresist and galvanically built up in the free-standing areas of 10 ⁇ m copper, approx. 2 ⁇ m nickel and approx. 3 ⁇ m gold.
  • the copper surfaces between the conductor tracks are etched away.
  • An alkali-resistant etching resist is printed on both sides so that the later An end and connector areas remain free. In these areas, the substrate is etched away using a hot potassium hydroxide solution. After removing the etching resist, a chip carrier with free-standing connection and plug areas is obtained.
  • Example 2 B 60 g of glycolic acid butyl ester and 1.4 g of bis-acetonitrile palladium dichloride are printed on a surface on a 75 ⁇ m film, in which the subsequent connection areas are left out. These areas are then printed with a paste according to Example 2 B. The printed areas are dried for 1 hour at 150 ° C, copper-plated in a formally-containing copper bath and then galvanically reinforced to 20 ⁇ m. A foil connector structure is produced by etching after the application of a resist, from which the plug regions can be easily mechanically removed.

Description

Elektrisch leitende Strukturen
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch leitende Strukturen, z.B. gedruckte elektrische Schaltungen. Es ist bereits bekannt, daß elektrisch leitfähige Strukturen aus einer auf einem Träger aufgebrachten Metallfolie durch Wegätzen von Teilen der Metallfolie gebildet werden. Eine derart hergestellte Leiterplatte hat wegen der aus reinem Metall bestehenden Leiterbahnen den Vorteil eines geringen Leitungswiderstandes. Nachteilig ist der große Herstellungsaufwand. Mit wesentlich geringerem Herstellungsaufwand und höherer Präzision lassen sich gedruckte elektrische Schaltungen nach einem anderen Verfahren herstellen, das auch für mehrlagige elektrische Schaltungen (Multilayer) geeignet ist. Bei diesem Verfahren werden die elektrisch leitfähigen Strukturen durch Aufdrucken einer leitfähigen
Paste, z.B. einer Silberpaste, insbesondere im Siebdruck auf einem isolierenden Träger hergestellt. Der Nachteil bei solchen gedruckten Schaltungen besteht darin, daß wegen des in der Paste enthaltenen Bindemittels und der Größe der Silberpartikel die Leitfähigkeit der Paste nicht besonders gut ist. Deshalb ist es üblich, verhältnismäßig dicke Leiterbahnen (8 bis 12 μm) aufzudrucken. Hinzu kommt, daß bei Verwendung einer Silberpaste das Silber zwischen benachbarten Leiterbahnen unterschiedliehen Potentials bei Einwirkung von Feuchtigkeit migriert und zu Kriechströmen und sogar Kurzschlüssen führt. Deshalb ist es erforderlich, die Leiterbahnen durch besondere Schutzfilme zu schützen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich auf die Leiterbahnen keine Bauteile auflöten lassen (DE 34 13 408).
Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten elektrischen Schaltungen bekannt, bei dem auf einem isolierenden Träger eine einen Aktivator enthaltende Formulierung (pastöse Substanz) entsprechend der gewünschten Struktur aufgedruckt wird und anschließend auf dem mit dieser Formulierung bedruckten Teil der Oberfläche des isolierenden Trägers in einem Metallisierungsbad Metall abgeschieden wird. In diesem Fall werden rein metallische Strukturen geringer Dicke erreicht. Trotz dieses Vorteils konnte sich dieses seit mehreren Jahrzehnten bekannte Verfahren in der Praxis gegenüber den beiden anderen Verfahren nicht durchsetzen (DE 11 76 731).
Ein Verfahren zum Herstellen von elektrisch leitenden Strukturen, bei dem eine Substanz, die aus organometallischen Aktivatoren, organischen Lösungsmitteln, Füllstoffen und Bindemitteln besteht, eingesetzt wird, ist aus der DE 32 41 579 bekannt. Ferner sind Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen in der DE 26 35 457 und DE 27 37 582 beschrieben. Aus DE 34 13 408, DE
30 06 117, DE 25 58 367 und DE 30 32 931 sind darüber hinaus Verfahren zum Herstellen von mehrlagigen gedruckten Schaltungen bekannt.
Trotz der aufgezeigten Nachteile von im Siebdruck unter Verwendung von einer elektrisch leitenden Metallpaste, insbesondere Silberpaste, gedruckten elektrischen Schaltungen hat dieses Verfahren sich für viele Anwendungen, wo hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Leiterbildes gestellt sind, bewährt. Im Zuge der technischen Entwicklung steigen jedoch die Anforderungen an die Genauigkeit. Gefordert werden gedruckte elektrisch leitende Strukturen höchster Präzision bei möglichst geringer Dicke der Metallschicht. Eine Schwierigkeit, diese Anforderungen zu erfüllen, besteht vor allem darin, schmale Strukturen ausreichend dauerhaft und fest mit dem Träger zu verbinden.
Diese Forderung konnte gemäß DE 37 33 002 durch eine elektrisch leitende Struktur erfüllt werden, die aus einem Träger mit insbesondere isolierender Oberfläche und einer auf der Oberfläche mit einer einen Aktivator enthaltenden, aufgedruckten Substanz stromlos aus einem Metallisierungsbad abgeschiedenen Metallschicht besteht, wobei die Substanz organometallische Aktivatoren, Füllstoffe, organische Lösungsmittel und Bindemittel ent hält. Solche Strukturen haften fest auf der Oberfläche des Substrats, so daß es nicht zu einem unbeabsichtigten Ablösen der Leiterbahn kommen kann.
Nachteilig bei diesen elektrisch leitenden Strukturen ist, daß sich die Leiterenden nicht zwecks Herstellung von freistehenden metallischen Anschlußbereichen ablösen lassen. Bisher war man daher darauf angewiesen, den Anschluß- und Steckerbereich nach einem komplizierten Verfahren auszubilden, nachdem entweder die Anschlüsse (Pins) mechanicch befestigt werden (Schneid-Klemm-Tech- nik) oder gestanzt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher elektrisch leitende Strukturen, bestehend im wesentlichen aus einem Träger mit isolierender Oberfläche und einer auf dieser Oberfläche mittels einer aufgebrachten Formulierung stromlos aus einem Metallisierungsbad abgeschiedenen Metallschicht, wobei die Formulierung organometallische Aktivatoren, organische Lösungsmittel, Füllstoffe und Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen integrierte freistehende metallische Anschlußbereiche aufweisen.
Für die stromlose Metallisierung geeignete katalytisch wirksame Formulierungen werden z.B. in den DE 37 43 780, DE 36 27 256 und DE 36 25 587 erwähnt. Als Bindemittel und Lösemittel kommen insbesondere diejenigen gemäß DE 37 33 002 in Betracht. Bevorzugt sind Polyurethanelastomere in Kombination mit halogenfreien Lösungsmitteln. Die Herstellung der Substanzen geschieht im allgemeinen durch Vermischen der Bestandteile. Dazu sind neben dem einfachen Rühren besonders die in der Lack- und Drucktechnik üblichen Naßverkleinerungsaggregate wie Kneter, Attritore, Walzenstühle, Dissolver, Rotor-Stator-Mühlen; Kugelmühlen sowie Rührwerkmühlen besonders geeignet.
Selbstverständlich kann das Einarbeiten der Formulierungsbestandteile auch in getrennten Schritten durchgeführt werden. Beispielsweise kann man den Aktivator zuerst in den Bindern und Lösungsmitteln lösen bzw. dispergieren und dann erst die Füllstoffe einarbeiten« Auch ein vorheriges Einbringen der Füllstoffe in die Lösungsmittel unter hohen Scherkräften ist eine mögliche Verfahrensvariante.
Das Aufbringen der Formulierungen erfolgt im allgemeinen durch aus der Lack- bzw. Drucktechnik bekannte Verfahren, z.B. durch Aufsprühen, Aufstreichen, Aufrollen, Tauchen, Beschichten, Drucken (z.B. auf Offset-Druck, Siebdruck, Tampon-Druck) oder nach dem Ink-Jet-Verfahren.
Als Substrate für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich Glas, Quarz, Keramik, Emaille, Papier, Polyethylen, Polypropylen, Epoxidharze, Polyester, Polycarbonate, Polyamide, Polyimide, Polyhydantoine, ABS-Kunstβtoffe, Silikone, Polyvinylhalogenide, Polyvinylidenfluorid in
Form von Platten, Folien, Papieren und Vliesen. Besonders bevorzugt sind Substrate, wie sie in der Leiterplattenfertigung eingesetzt werden, z.B. Phenolharzpapiere, glasfaserverstärkte Epoxidplatten, Pσlyester-, Polyimidfolien und Keramik. Geeignete Füllstoffe sind insbesondere disperse Kieselsäuren und Titandioxid.
Geeignete Aktivatoren sind insbesondere solche, die in den EP 34 485, EP 81 438 oder EP 131 195 aufgeführt sind.
Nach dem Aufbringen der Formulierungen auf die Trägeroberfläche werden die Lösungsmittel entfernt. Im allgemeinen geschieht dies durch Trocknen. Die mit den Formulierungen aktivierten Oberflächen werden in einem weiteren Verfahrensschritt stromlos metallisiert. Dafür kommen besonders Bäder mit Nickel-, Kobalt-, Eisen-, Kupfer-, Silber-, Gold- und Palladiumsalzen oder deren Gemische in Betracht, Derartige Metallisierungsbäder sind in der Technik der stromlosen Metallisierung bekannt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrlagigen elektrisch leitenden Strukturen mit integrierten freistehenden Anschluß- und Steckerbereichen durch Aufbringen einer organometallische Aktivatoren enthaltenden Formulierung auf die Trägeroberfläche und anschließende naßchemisch- stromlose Metallisierung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Leiterbahnen als auch die Anschluß- und
Steckerbereiche in einem Arbeitsgang metallisiert werden und dabei die Metallschicht in diesen Bereichen mit einer so geringen Haftfestigkeit abgeschieden wird, daß sie leicht von der Substratoberfläche ohne deren Beschädigung abgelöst werden kann. Die Haftfestigkeit kann beispielsweise durch Messverfahren nach DIN 40633, 53151 und 53494 (VIC) bestimmt werden. Die nach diesem Verfahren abgeschiedenen Metallschichten weisen im Anschlußbereich Haftfestigkeiten von weniger als 15 N/inch, bevorzugt 1 - 10 N/inch, auf.
Die Haftfestigkeit der Metallschichten im Bereich des Leiterbildes sollte demgegenüber mindestens 20 N/inch, vorzugsweise mindestens 25 N/inch, betragen.
Zur Erzeugung der Metallschichten mit verminderter Haftfestigkeit bieten sich mehrere Verfahrensvarianten an.
Eine Variante besteht darin, daß man eine Xnderung von Art und Gehalt der Bindemittel und Füllstoffe in den üblichen Druckpasten vornimmt. Solche Maßnahmen sind aus der Drucktechnik allgemein bekannt.
Beispielsweise bewirkt eine Senkung des Anteils des häufig verwendeten Aerosils, bezogen auf das Bindemittel in Polyurethanelastomeren enthaltenden Formulierungen, von 40 Gew, -% auf 25 Gew.-% eine Verringerung der Haftfestigkeiten der darauf abgeschiedenen Metallschichten von mehr als 20 N/25 mm auf ca. 5 N/mm, Eine haftvermindernde Variation der Füllstoffe kann beispielsweise auch in Zusätzen von Graphit- oder Talkumanteilen bestehen.
Bei Verwendung von Acrylabbindern erreicht man eine Verminderung der Haftfestigkeit beispielsweise durch Herabsetzung des Acrylnitri lantei ls oder durch Einführung längerer aliphatischer Seitenketten in die Acrylesterkomponente. Aber auch der Zusatz von haftvermindernden Zusätzen, wie z.B. nichtionischen Tensiden, Alkylsulfonaten, Seifen, Paraffinen, Siliconen ist oftmals vorteilhaft.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß nur gut haftende Formulierungen zu verwenden und diese durch chemisehe oder physikalische Vorbehandlung des Substrates in den Anschlußbereichen in ihrer Haftfestigkeit herabzusetzen sind. Als Beispiele für chemische Vorbehandlungen seien Beschichtungen mit Trennmitteln, Lacken, Xtzen und Bedampfen genannt. Als physikalisches Vorbehandlungsverfahren haben sich Sand-Strahl-Verfahren und Coronar-Entladungen bewährt.
Als Trennmittel kommen insbesondere Silicone in Betracht. Geeignetes Ätzmittel ist z.B. Chromschwefelsäure. Das Bedampfen kann beispielsweise mit Siloxanen erfolgen.
Schließlich ist es möglich, daß man die Stecker- und Anschlußbereiche auf einem anderen Substrat erzeugt, das beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben oder mittels Beschichtungen mit dem Trägersubstrat verbunden ist. Das andere Substrat kann dabei so ausgewählt werden, daß die Haftfestigkeit der darauf bei der Metallisierung entstehenden elektrisch leitenden Strukturen herabgesetzt sind. Es ist aber auch möglich, dazu solche Materialien zu verwenden, die anschließend leicht zu entfernen sind, beispielsweise durch Auflösen in Ätzoder Lösungsmitteln. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, daß das Trägersubstrat nach Ablösung der freistehenden Strukturen nicht mehr entfernt werden muß.
Auf den organometallische Aktivatoren enthaltenden Formulierungen können Metallschichten beispielsweise auf folgende Weisen abgeschieden werden.
Die Substanzen werden nur an den Stellen aufgebracht, die später elektrisch leitend sein sollen. Die Zwischenräume bleiben frei. Anschließend werden additiv bevorzugt 0,5 - 5 μm starke Metallschichten abgeschieden, die dann gegebenenfalls galvanisch verstärkt werden können, selbstverständlich nach Anbringung einer geeigneten Kontaktierung. Danach werden die Metallstrukturen in den Anschlußbereichen wie beschrieben abgelöst und gegebenenfalls das Substrat in dem Stecker- und Anschlußbereich entfernt.
Selbstverständlich kann auch die gesammte Metallschicht rein additiv aufgebaut werden.
Eine zweite Möglichkeit zum Aufbau einer erfindungsgemäßen metallischen Struktur besteht darin, daß die organometallischen Substanzen flächig aufgetragen werden und die Strukturierung semiadditiv durchgeführt wird. Diese Variante führt erfahrungsgemäß zu Strukturen mit einer hohen Maßgenauigkeit und ist daher insbesondere zur Herstellung von Feinstleiterstrukturen geeignet. Die Ablösung der freistehenden Strukturteile erfolgt anschließend wie vorab beschrieben. Selbstverständlich können die metallischen Strukturen auch gegen Korrosion geschützt werden. Derartige Verfahren sind in der Galvanik- und Leiterplattenindustrie hinlänglich bekannt. Als Beispiele seien das Aufbringen von Schutzlacken, Nickel, Gold, Palladiumlegierungen und Zinn genannt. Natürlich ist es auch möglich, nur die freistehenden Anschluß- und Steckerbereiche auf diese Art zu schützen.
Ein weiteres Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anschlußbereich eine Formulierung aufgebracht wird, die bei Erwärmung sich von den metallisierten Strukturen ablöst. Für die Erwärmung des Substrates werden Temperaturen von 60 - 300°C angewendet. Bevorzugt sind 100 - 250°C, insbesondere 100 - 200°C.
Dabei ist es zweckmäßig, die Erweichungstemperatur der verwendeten thermoplastischen Bindemittel durch geeignete Maßnahmen zu senken. Bei Polyurethanelastomeren erreicht man dies beispielsweise durch höhere Anteile an aliphat ischen Komponenten oder niedrige (Isocyanat)- Kennzahlen.
Die Anwendungsmöglichkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaltungen sind vielfältig, z.B. flexible und starre Schaltungen bzw. Strukturen, Abschirmungen, Tastaturen, Sensoren, Endlosleiter, Folienverbinder. Die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Strukturen können selbstverständlich nach der Herstellung durch Aufbringen verschiedener Substanzen ganz oder partiell geschützt und/oder isoliert werden. Solche Verfahren sind aus der Elektrotechnik allgemein bekannt (z.B. Sprühen, Drucken, Spritzen, Tauchen, Beschichten).
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine mehrlagige gedruckte elektrische Schaltung mit integrierten freistehenden metallischen Anschlußbereichen, deren elektrisch leitende Strukturen in den einzelnen Lagen durch insbesondere aufgedruckte, isolierende Zwischenlagen elektrisch voneinander getrennt sind. Bei dieser Schaltung ist vorgesehen, daß die Strukturen aus mittels einer einen Aktivator enthaltenden Substanz stromlos auf der isolierenden Oberfläche des Trägers und der jeweiligen isolierenden Zwischenlage abgeschiedenen Metallschicht bestehen. Sofern die Strukturen in den einzelnen Lagen elektrisch miteinander verbunden sein sollen, ist weiter vorgesehen, daß die isolierenden Zwischenlagen Aussparungen für die Durchkontakt ierung aufweisen und im Bereich der Aussparungen auf die Struktur der jeweiligen unteren Lage die Substanz vollflächig oder partiell aufgedruckt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der unteren Metallschicht, auf der die Substanz vollflächig oder partiell aufgedruckt ist, und der auf der Substanz stromlos abgeschiedenen Metallschicht überraschenderweise erhalten.
Bei diesen mehrlagigen Schaltungen lassen sich ebenfalls nach den geschilderten Verfahren in den Anschluß- und Steckerbereichen freistehende metallische elektrisch leitende Strukturen herstellen. Hierbei können auch partiell nur bestimmte Schichten freigelegt werden, während andere Schichten ohne freistehende metallische Anschlußbereiche hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Strukturen finden Verwendung als Leiterplatten, Folienverbinder und für das sogenannte "Tape-bonding".
Beispiele
Beispiel 1
A) Mittels einer katalytisch wirksamen Siebdruckpaste, bestehend aus
650 Gew. -Teilen einer 30 %igen Lösung eines Polyurethanelastomers aus Butandioladipat (MG 2000), Neopentylglykol und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat in Propylenglykolmethyletheracetat
330 Gew. -Teilen Glykolmethyletheracetat,
55 Gew. -Teilen Kieeelsäure Aerosil® (380 m2/g
nach BET),
52 Gew. -Teilen Pigment Blue 15 (c.I, 74 160)
13 Gew. -Teilen Butadienpalladiumchlorid wird eine Fol ienverbinderstruktur ohne Ansatzbereiche ("pins") auf eine 125 μm PET-Folie gedruckt und der Druck 10 Minuten bei 150°C getrocknet. B) Anschließend werden die Ansatzbereiche mit einer Paste, bestehend aus
100 Gew. -Teilen einer 30 %igen Lösung des obigen
Polyurethanelastomers, 20 Gew. -Teilen eines Farbrußes (Printex®V),
2 Gew. -Teilen 3-Hepten-2-on-palladiumchlorid und
2 Gew. -Teilen Diethylenglykol bündig angedruckt und die gedruckte Struktur
1 Stunde bei 150°C getrocknet.
Die Drucke werden 1 Stunde in einem formal inhaltigen Kupferbad stromlos verkupfert und anschließend galvanisch auf 20 μm verstärkt.
Man erhält einen Folienverbinder, von dem sich die Anschlußbereiche leicht mechanisch von der Trägerfolie abtrennen lassen.
Beispiel 2;
A) Mittels einer katalytisch wirksamen Siebdruckpaste, bestehend aus
260 Gew. -Teilen einer 20 %igen Lösung eines Polymers aus Trimellitsäureanhydrid, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und ε-Caprolactam in N-Methylcaprolactam,
130 Gew. -Teilen Methoxypropylacetat, 2,2 Gew. -Teilen Butadienpal ladiumdichlorid und
20 Gew. -Teilen Aerosil® (380 m2/g nach BET) wird auf eine 75 μm Polyimid-Fol ie (Kapton®) eine Folienverbinderstruktur ohne Ansatzbereiche gedruckt und der Druck 10 Minuten bei 160°C getrocknet.
B) Anschließend werden Anschlußbereiche mit einer
Paste, bestehend aus
66 Gew. -Teilen einer 60 %igen Lösung einer Polymers aus 50 Gew. -Teilen Methylmethacrylat, 20 Gew, -Teilen n-Butylacrylat und 30 Gew, -Teilen
Acrylnitril in Methoxypropylacetat,
50 Gew, -Teilen Glykolmethyletheracetat,
4 Gew, -Teilen Aerosil® (200 m2/g nach BET),
1 Gew, -Teilen 3-Hepten-2-on-palladiumchlorid, bündig angedruckt und die gedruckte Struktur
1 Stunde bei 200°C getrocknet.
Anschließend wird die bedruckte Folie 5 Stunden in einem formalinhaltigen Kupferbad stromlos verkupfert. Man erhält einen Folienverbinder, von dem sich bei schnellem Erhitzen auf 130°C die Ansatzbereiche von der Folie ablösen. Be i sp i e l 3
Auf einer Polyethylenterephthalat-Folie werden die späteren Anschlußbereiche eines Folienverbinders mittels einer Schablone mit einer 0,1 %igen Lösung eines Methylpolysiloxanes in Testbenzin besprüht und getrocknet.
Anschließend wird mittels einer Siebdruckpaste gemäß Beispiel 1 A die gesamte Folienverbinderstruktur gedruckt, 1 Stunde bei 150°C getrocknet und 1 Stunde stromlos verkupfert. Danach wird die verkupferte Struktur galvanisch auf 35 μm verstärkt. Man erhält einen Folienverbinder, bei dem sich die Anschlußbereiche leicht mechanisch von der Trägerfolie ablösen läßt.
Beispiel 4
Eine 50 μm Polyimid-Folie wird mit einer Formulierung gemäß Beispiel 2 A einseitig ganzflächig beschichtet. Die beschichtete Folie wird 45 Minuten bei 250°C getrocknet und 1 Stunde in einem formalinhaltigen Kupferbad stromlos verkupfert. Auf die Kupferfläche wird mittels eines Galvanoresists das Negativbild eines Chip- Carriers mit 84 Anschlüssen aufgebracht und galvanisch in den freistehenden Bereichen 10 μm Kupfer, ca. 2 μm Nickel und ca. 3 μm Gold aufgebaut. Nach dem Strippen des Res i st s werden di e Kupf erf l ächen zwi schen den Leiterbahnen weggeätzt. Beidseitig wird ein alkalibeständiger Ätzresist so aufgedruckt, daß die späteren An schluß- und Steckerbereiche frei bleiben. In diesen Bereichen wird mittels einer heißen Kalilauge das Trägermaterial weggeätzt. Nach Entfernen des Ätzresists erhält man einen Chip-Carrier mit freistehenden Anschluß- und Steckerbereichen.
Beispiel 5
Mittels einer katalytisch wirksamen Siebdruckpaste, bestehend aus
200 Gew, -Teilen einer 20 %igen Lösung eines Polyurethanelastomers aus Butandiolpolyadipat (MG 1.500) und Toluylendi isocyanat in Propylenglykolmethyletheracetat
54 g Titandioxid
60 g Glykolsäurebutylester und 1,4 g Bis-acetonitrilpalladiumdichlorid wird auf eine 75 μm-Folie eine Fläche aufgedruckt, bei der die späteren Anschlußbereiche ausgelassen werden. Diese Bereiche werden anschließend mit einer Paste gemäß Beispiel 2 B bedruckt. Die bedruckten Flächen werden 1 Stunde bei 150°C getrocknet, in einem formal inhalt igen Kupferbad stromlos verkupfert und anschließend galvanisch auf 20 μm verstärkt. Mittels Ätzen nach Aufbringen eines Resists wird eine Folienverbinderstruktur erzeugt, von der sich die Steckerbereiche leicht mechanisch entfernen lassen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch leitende Strukturen, bestehend im wesentlichen aus einem Träger mit isolierender Oberfläche und einer auf der Oberfläche mittels einer aufgebrachten Formulierung stromlos aus einem Metallisierungsbad abgeschiedenen Metallschicht, wobei die Formulierung organometallische Aktivatoren, organische Lösungsmittel, Füllstoffe und Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen integrierte freistehende metallische AnSchlußbereiche aufweisen.
2. Mehrlagige gedruckte elektrische Schaltungen, deren elektrisch leitende Strukturen in den einzelnen Lagen durch insbesondere gedruckte isolierende Zwischenlagen elektrisch voneinander getrennt sind, wobei die Strukturen aus mittels einer einen Aktivator enthaltenden Formulierung stromlos auf der insbesondere isolierenden Oberfläche eines Trägers und der jeweiligen isolierenden Zwischenlage abgeschiedenen Metallschicht bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung integrierte freistehende metallische Anschlußbereiche enthält.
3. Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrlagigen elektrisch leitenden Strukturen mit integrierten freistehenden Anschluß-und Steckerbereichen durch Aufbringen einer organometallische Aktivatoren enthaltenden Formulierung auf die Trägeroberfläche und anschließende naßchemisch-stromloεe Metallisierung, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Leiterbahnen alε auch die Anschluß- und Steckerbereiche in einem Arbeitsgang metallisiert werden und dabei die Metallschicht in diesen Bereichen mit einer so geringen Haftfestigkeit abgeschieden wird, daß sie leicht von der Substratoberfläche ohne deren Beschädigung abgelöst werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftfestigkeit in den Anschluß- und Steckerbereichen weniger als 15 N/inch beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung von Leiterbild und Anschlußbzw. Steckerbereich verschiedene Aktivatorformulierungen verwendet werden, die Metallschichten unterschiedlicher Haftfestigkeit ergeben.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anschluß- und Steckerbereichen die Haftfestigkeit durch physikalische oder chemische Vorbehandlungen herabgesetzt wird.
7, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anschluß- und Steckerbereiche ein von dem das Leiterbild tragenden Substrat verschiedenes Substrat verwendet wird, das eine geringere Haftfestigkeit gegenüber Metallschichten aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrlagigen elektrisch leitenden Strukturen mit integrierten freistehenden Anschluß-und Steckerbereichen durch Aufbringen einer organometallische Aktivatoren enthaltenden Formulierung auf die Trägeroberfläche und anschließende naßchemisch-stromlose Metallisierung, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anschluß- und Steckerbereiche eine thermoplastische Bindemittel enthaltende Aktivatorformulierung verwendet wird, die eine Ablösung der Metallschicht beim Erwärmen auf 60 - 200°C, vorzugsweise 100 - 250°C ermöglicht, während das Leiterbild unter diesen Bedingungen festhaftend bleibt.
9. Verfahren nach Anspruch 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Polyurethane und als Füllstoffe disperse Kieselsäuren verwendet werden.
10. Verwendung der Strukturen gemäß Anspruch 1 oder 2 bzw. erhalten gemäß Verfahren der Ansprüche 3 bis 9 als Leiterplatten, Folienverbinder oder zum
"Tape-bonding".
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